声光音乐盒的设计说明书毕业设计.docx
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声光音乐盒的设计说明书毕业设计
湄洲湾职业技术学院
声光音乐盒设计说明书
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1.前言
随着人类社会的发展,人们对视觉、听觉方面的享受提出了越来越高的要求。
小小的音乐盒可以给人们带来美好的回忆,提高人们的精神文化享受。
传统音乐盒多是机械型的,体积笨重,发音单调,不能实现批量生产。
本文设计的音乐盒是以AT89C51单片机为核心元件的电子式音乐盒,体积小,重量轻,能演奏和弦音乐,功能多,外观效果多彩,使用方便,并具有一定的商业价值。
单片微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物,属第四代电子计算机,它具有高性能、高速度、体积小、价格低廉、稳定可靠、应用广泛的特点。
它的应用必定导致传统的控制技术从根本上发生变革。
因此,单片机的开发应用已成为高科技和工程领域的一项重大课题。
电子式音乐盒是现代电子科技与音乐结合的产物,它在现代音乐扮演着重要的角色,单片机具有强大的控制功能和灵活的编程实现特性,它已经溶入现代人们的生活中,成为不可替代的一部分。
本文的主要内容是用STC89C51单片机为核心控制元件,设计一个电子式音乐盒。
以单片机作为主控核心,与键盘、扬声器等模块组成核心主控制模块。
本文主要对使用单片机设计简易电子式音乐盒进行了分析,并介绍了基于单片机电子式音乐盒系统统硬件组成。
利用单片机产生不同频率来获得我们要求的音阶,可以播放事先保存的三首优美的曲目。
本文分别从原理图,主要芯片,各模块原理及各模块的程序的调试来详细阐述。
通过设计本系统有助于增进了解单片机的基本功能,使制作者对单片机的原理的理解和应用能力显著提高。
2.系统设计技术参数要求
1.利用按键切换演奏出不同的乐曲。
扬声器发出乐曲,按键可以切换LED闪烁的样式。
使用6个按键,两个用来切换歌曲,一个切换八路LED的变化花样。
一个用来启动,一个用来停止,另一个是复位。
2.用PROTEL99SE设计电路图,PCB图等。
3.歌曲可以自己随意的写进音乐盒中。
4.由于歌曲占用内存比较大,单片机内存小,将两块单片机一同使用,两者可以通讯。
5.数码管显示当前播放的是哪一首歌曲。
3.系统设计
3.1系统设计总体框图
单
片
机
电源模块
按键模块
晶振电路
数码管显示模块
放歌模块
流水灯显示模块
复位电路
1.单片机的选择
方案一。
采用AVR单片机,AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定(初始)高阻输入、驱动能力强(可省去功率驱动器件)等特性;片内具备多种独立的时钟分频器,分别供URAT、I2C、SPI使用;但是AVR单片机的硬件设计方面本人熟悉。
方案二。
采用STC89C51单片机,这款单片机是51内核的传统八位单片机,该款单片机采用5V供电,与绝大部分数字和模拟芯片电平兼容;同时STC89C51单片机具有比较强的运算能力和较快的处理速度;其片内硬件资源相对丰富,有五个中断(包括外部中断0、外部中断1、定时器中断0、定时器中断1和串行中断)和三十二个I/O口,能满足此次设计的要求。
方案三。
采用MSP430F149单片机,MSP430F149单片机是德州仪器推出的一款16位超低功耗微处理器,单片机有四种低功耗模式,对于手持式设备有很大优势。
除此之外,MSP430F149单片机还有很丰富的片内外设,如硬件乘法器、AD等等;同时,MSP430F149单片机的时钟配置也相当方便,可以通过程序配置各个模块的时钟源和时钟分频,以达到对片内硬件资源合理配置并且降低了系统整体的功耗,但是MSP430F149单片机价格昂贵,外部硬件设计难度大,同时该款单片机供电电压是+3.3V,与大部分的模拟和数字芯片不兼容。
综上所述,本次设计采用方案二,因为这款单片机自身的硬件资源完全可以胜任此次设计的要求,外部电路设计也相当简单,同时这款单片机的价格也很便宜,性价比优于上述的另外两款单片机。
2.通信方式的选择
方案一。
采用RS-232通信。
RS-232通信是串行通信,规定最大的负载电容为2500pF,这个电容限制了传输距离和传输速率,由于RS-232的发送器和接收器之间具有公共信号地(GND),属于非平衡电压型传输电路,不使用差分信号传输,因此不具备抗共模干扰的能力,共模噪声会耦合到信号中,在不使用调制解调器(MODEM)时,RS-232能够可靠进行数据传输的最大通信距离为15米通信速度慢。
方案二。
采用并行通信。
八位并口通信各数据位同时传输,传输速度快、效率高,多用在实时、快速的场合。
并行传递的信息不要求固定的格式,通常是8位、16位或32位为传输单位,一次传送一个字长的数据,适合于进行近距离、大量和快速的信息交换。
并行数据传输只适用于近距离的通信,通常传输距离小于30米。
并行传输的数据宽度可以是1~128位,甚至更宽,但是有多少数据位就需要多少根数据线,因此传输的成本较高。
方案三。
采用RS-485通信。
逻辑“1”以两线间的电压差为+(2~6)V表示;逻辑“0”以两线间的电压差为-(2~6)V表示。
接口信号电平比RS-232降低了,就不易损坏接口电路的芯片,且该电平与TTL电平兼容,可方便与TTL电路连接。
RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。
RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合,抗共模干扰能力增强,即抗噪声干扰性好;但是RS-485通信需要专用芯片来完成。
综上所述,本次设计采用方案二,一方面由于单片机自身的I/O口完全足够用,并且可以留出并口通信的接口;另一方面,串行通信的程序设计方面相对复杂,会降低系统的稳定性,因此采用八位并口通信方式。
3.音乐播放模块的选择
方案一。
使用扬声器。
单片机自身不能驱动扬声器,需要外接功率放大模块,硬件电路相对复杂。
但是扬声器的音质好,使音乐播放出来更有质感,听起来不至于刺耳,使音乐品质得到提升。
方案二。
使用蜂鸣器。
蜂鸣器驱动电路简单,只需一个三极管即可,但是蜂鸣器的声音刺耳、干涩,听起来很不舒服。
综上所述,本次设计采用方案一。
1.STC89C51单片机
STC89C51是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元,功能强大的微型计算机的STC89C51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
STC89C51具有如下特点:
40个引脚(引脚图如图1所示),4kBytesFlash片内程序存储器,128bytes的随机存取数据存储器(RAM),32个外部双向输入/输出(I/O)口,5个中断优先级2层中断嵌套中断,2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。
此外,STC89C51可通过软件设置省电模式。
空闲模式下,CPU暂停工作,而RAM定时计数器,串行口,外中断系统可继续工作,掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据,停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。
图1STC89C51单片机引脚图
2.复位电路
复位是单片机的初始化操作,只要给RESET引脚加上2个机器周期以上的高电平信号,就可使AT89C51单片机复位。
复位的主要功能是把PC初始化为0000H,使AT89C51单片机从0000H单元开始执行程序。
除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态,为摆脱死锁状态,也需按复位键重新启动。
单片机的复位电路通常采用上电复位和按钮复位的两种方式。
本设计采用图2.3上电复位电路.上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。
只要Vcc的上升时间不超过1ms,就可以实现自动上电复位。
图2复位电路
3.时钟电路模块
时钟是单片机的心脏,单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准,有条不紊地一拍一拍地工作。
因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。
这两个引脚跨接石英振荡器和微调电容,就构成一个稳定的自激振荡器。
高频率的时钟有利于程序更快的运行,也有可以实现更高的信号采样率,从而实现更多的功能。
但是高速对系统要求较高,而且功耗大,运行环境苛刻。
考虑到单片机本身用在控制,并非高速信号采样处理,所以选取合适的频率即可。
合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处,本次设计选取12.000M无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚,并联2个30pF陶瓷电容帮助起振。
图3时钟电路模块电路图
4.音乐播放模块
图4音乐播放模块
3.3系统总原理图说明
原理图参见附录一。
1.要产生音频脉冲,只要计算某一音频的周期,然后将此周期除以2,即为半周期的时间。
利用定时器记时这个半周期时间,每当记时到后就输出脉冲的I/O反相,然后重复记时此半周期的时间再对I/O反相,就可在I/O脚上得到此频率的脉冲。
2.利用8051的内部定时器使其工作在计数器模式MODE1下,改变计数值TH0及TL0以产生不同频率的方法,例如频率为523HZ,其周期T=1/523=1912us,因此只要令计数器记时956us/1us=956,在每次计数956次时将I/O反相,就可得到中音DO(523HZ)。
计数脉冲值与频率的关系公式如下:
N=Fi/2/Fr,其中N是计数值,Fi是8051内部频率,一般用的是1MHZ(因为8051内部记时一次时间为1us),Fr为要产生的频率。
3.计数初值的求法如下:
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr
例如:
求低音DO(261HZ)中音DO(523HZ)高音DO(1046HZ)的计数值。
T=65536-N=65536-Fi/2/Fr=65536-1000000/2/Fr=65536-50000/Fr
低音DO的T=65536-50000/262=65345
中音DO的T=65536-50000/523=65440
高音DO的T=65536-50000/1047=65488
3.4系统印刷电路板的制作
见附录2
3.5系统的操作说明
开机后,电子音乐盒默认不播放音乐,按一下播放键之后,开始播放第一首音乐。
按下下一首按键,播放下一首音乐;按下上一首按键,播放上一首音乐;按下停止按键,停止播放音乐;按下彩灯按键,彩灯闪烁。
从上到下的按键的作用:
1播放键,2上一首按键,3下一首按键,4停止按键,5彩灯按键。
彩灯切换键:
提供了三种彩灯闪烁模式。
3.6系统操作注意事项
1.严禁在系统连接错的情况下通电。
2.通电前先检查电路板有没有短路或开路。
3.通电前要把电路放在绝缘物体上,避免短路烧坏元件。
4.调试电路时应小心操作,避免万用表表笔或其他工具造成短路。
5.更换元件时,应注意焊接时断开电源再进行焊接,避免元器件击穿或造成短路现象。
参考文献
[1]谭浩强C语言程序设计(第二版)北京:
清华大学出版社1991
[2]康华光模拟电子技术基础(第四版)武汉:
华中理工大学出版社1999
[3]李广弟朱月秀王秀山单片机基础北京:
北京航空航天大学出版社2001.7
[4]罗亚非凌阳16位单片机应用基础北京:
北京航空航天大学出版社2003
[5]欧伟明周春临瞿遂春电子信息系统设计西安电子科技大学出版社2005.9
[6]黄智伟全国大学生电子设计竞赛系统设计北京:
北京航空航天大学出版社2006.6
[7]黄智伟凌阳单片机课程设计指导北京:
北京航空航天大学出版社2006.11
[8]贾立新王涌电子系统设计与
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